Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.11.2023

Просмотров: 281

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление

Введение

Физико-технологические основы получения композиционных материалов

1.1. Характеристика композиционных материалов

1.2. Классификация композиционных материалов

1.3. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам

Изготовление изделий из металлических композиционных материалов

2.2. Материалы матриц

2.3. Способы получения полуфабрикатов и готовых изделий

3.2. Краткая характеристика порошковых материалов

3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок

3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок

4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов

4.3. Способы формообразования деталей в высокоэластичном состоянии

5. Получение деталей из композиционных пластиков

7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов

7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей

7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок

7.3. Техника безопасности и охрана окружающей среды при изготовлении деталей из композиционных материалов

Заключение

Список использованной литературы




Для повышения износостойкости дета­лей применяют операцию сульфидирования; для придания спеченным заготовкам необходимых размеров и формы - калиб­ровку, протягивание, штамповку и обра­ботку резанием.

Калибровка позволяет получать детали высокой точности. Эту операцию прово­дят в специальных пресс-формах или при­способлениях.

Большая степень деформации при ка­либровке может значительно повысить прочность и снизить пластичность дета­лей. Поэтому после калибровки применя­ют дополнительное спекание или отжиг.

Рассмотрим схему последовательных операций калибровки подшипников скольжения на автоматическом прессе (рис. 11). Специальный захват устанав­ливает подшипник 3 над отверстием ка­либрующей матрицы 4 (положение I). За­тем направляющая часть центрального стержня 2 входит во внутреннюю часть подшипника (положение II) и верхний пуансон 1 вдавливает подшипник в мат­рицу 4 (положение III). После этого цен­тральный стержень продвигается вниз, и его калибрующая часть проходит через подшипник (положение IV). Этим осуще­ствляется калибровка внутреннего и на­ружного диаметров. Для обеспечения ка­либровки по высоте нижний 5 и верхний / пуансоны продолжают движение навстре­чу друг другу до заданного предела (по­ложение V). Затем нижний пуансон отво­дится вниз, а центральный стержень -вверх, и верхний пуансон 1 при дальней­шем своем ходе проталкивает подшипник из матрицы вниз (положение VI), после этого цикл повторяется. Такое последова­тельное расчленение деформаций на ряд операций позволяет снизить усилие ка­либровки в 2 ... 3 раза по сравнению с ка­либровкой, при которой деформация про­изводится почти одновременно. Предва­рительная пропитка заготовок маслом значительно облегчает процесс.

4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов

4.1. Классификация и технологические свойства пластмасс


Пластическими массами (пластмасса­ми) называют материалы, основу которых составляют природные или синтетические высокомолекулярные соединения. Высо­комолекулярные соединения состоят из большого числа низкомолекулярных со­единений (мономеров), связанных между собой силами главных валентных связей. Соединения, большие молекулы (макро­молекулы) которых состоят из одинако­вых структурных звеньев, называют по­лимерами. Макромолекулы полимеров могут иметь линейную форму, разветв­ленную и пространственную (сшитую).

Линейные макромолекулы (рис. 12, а) имеют форму цепей, в которых атомы со­единены между собой ковалентными свя­зями. Отдельные цепи связаны межмоле­кулярными силами, в значительной степе­ни определяющими свойства полимера.

Полимеры с линейной структурой мо­лекул хорошо растворяются, так как моле­кулы растворителя могут внедряться в промежутки между макромолекулами и ослаблять межмолекулярные силы.

Наличие в цепях разветвлений (рис. 12, б) приводит к ослаблению межмолекулярных сил и тем самым к снижению температуры размягчения по­лимера.

Пространственные структуры (рис. 12, в) получаются в результате химической свя­зи (сшивки) отдельных цепей полимеров либо в результате поликонденсации или полимеризации. Большое значение для свойств этих полимеров имеет частота поперечных связей. Если эти связи распо­лагаются сравнительно редко, то образу­ется полимер с сетчатой структурой. При частом расположении связей полимер ста­новится практически не растворимым и не плавким.

Полимеры в зависимости от располо­жения и взаимосвязи макромолекул могут находиться в аморфном (с неупорядочен­ным расположением молекул) или крис­таллическом (с упорядоченным располо­жением молекул) состоянии. При перехо­де полимеров из аморфного состояния в кристаллическое повышаются их проч­ность и теплостойкость. Значительное влияние на полимеры оказывает теплота. В зависимости от поведения при повы­шенных температурах полимеры подразде­ляют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты при нагреве размяг­чаются и расплавляются и при охлажде­нии вновь восстанавливают свои свойства. Переход термопластов из одного физиче­ского состояния в другое может осуществ­ляться неоднократно без изменения химиче­ского состава. Термопласты имеют линей­ную или разветвленную структуру молекул.







Реактопласты при нагреве в ре­зультате химических реакций (от­верждения) переходят в необратимое со­стояние. Отвержденные реактопласты нельзя повторным нагревом перевести в вязкотекучее состояние. В процессе поли­меризации под действием указанных фак­торов линейная структура полимера пре­вращается в пространственную. Отдель­ные виды термореактивных смол (эпок­сидные, полиэфирные) при введении в них отвердителя отверждаются при нормаль­ной температуре.

Поведение термопластов и реактопластов под действием теплоты имеет ре­шающее значение при технологическом процессе переработки пластмасс.

В зависимости от числа компонентов все пластмассы подразделяются на про­стые и композиционные. Простые (поли­этилен, полистирол и т.д.) состоят из од­ного компонента - синтетической смолы, композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) - из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определен­ную функциональную роль. В композици­онных пластмассах смола является свя­зующим для других составляющих. Свой­ства связующего во многом определяют физико-механические и технологические свойства ПКМ. Большинство смол хорошо смачивают поверхность наполнителя. Со­держание связующего в пластмассах дос­тигает 30 - 70%.

Помимо связующего в состав компози­ционных пластмасс входят следующие компоненты: 1) наполнители различного происхождения для повышения механиче­ской прочности, теплостойкости, умень­шения усадки и снижения стоимости ком­позиции; органические наполнители -древесная мука, хлопковые очесы, целлю­лоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древесный шпон и др.; неорганические -графит, асбест, кварц, стекловолокно, стеклоткань, волокна углерода, бора и др.; 2) пластификаторы (дибутилфталат, кас­торовое масло и др.), увеличивающие эла­стичность, текучесть, гибкость и умень­шающие хрупкость пластмасс; 3) смазоч­ные вещества (стеарин, олеиновая кислота и др.), увеличивающие текучесть, умень­шающие трение между частицами компо­зиции, устраняющие прилипание к фор­мообразующим поверхностям пресс-форм; 4) катализаторы (известь, магнезия и др.), ускоряющие процесс отверждения мате­риала; 5) красители (сурик, нигрозин и др.), придающие нужный цвет изготов­ляемым деталям.

При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов) в поли­меры вводят газообразователи - вещества, которые при нагреве разлагаются с выде­лением газообразных продуктов.

Конструкционные пластмассы в зави­симости от показателей механической проч­ности подразделяют на три основные груп­пы: низкой, средней и высокой прочности.

Основными технологическими свойст­вами пластмасс являются текучесть, усад­ка, скорость отверждения (реактопластов) и термостабильность (термопластов).

Текучесть - способность материалов заполнять форму при определенных тем­пературе и давлении. Она зависит от вида и содержания в материале смолы, напол­нителя, пластификатора, смазочного мате­риала, а также от конструктивных особен­ностей пресс-формы. Для ненаполненных термопластов за показатель текучести принимают "индекс расплава" - количест­во материала, выдавливаемого через сопло диаметром 2,095 мм при определенных температуре и давлении в единицу времени.

Под усадкой понимают уменьшение размеров детали по сравнению с размером полости пресс-формы. Величина усадки зависит от физико-химических свойств связующей смолы, количества и природы наполнителя, содержания в нем влаги и летучих веществ, температурного режима переработки и других факторов. Усадку необходимо учитывать при проектирова­нии формообразующих размеров пресс-формы.

Продолжительность процесса перехода реактопластов из вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации опре­деляется скоростью отверждения, кото­рая зависит от свойств связующего (тер­мореактивной смолы) и температуры пе­реработки. Низкая скорость отверждения увеличивает время выдержки материала в пресс-форме под давлением и снижает производительность процесса. Повышен­ная скорость может вызвать преждевре­менную полимеризацию материала пресс-формы, в результате чего отдельные уча­стки формующей полости не будут запол­нены пресс-материалом.

Под термостабильностью понимают время, в течение которого термопласт вы­держивает определенную температуру без разложения. Высокую термостабильность имеют полиэтилен, полипропилен, поли­стирол и др. Переработка их в детали сравнительно проста. Для материалов с низкой термостабильностью (полифор­мальдегид, поливинилхлорид и др.) необ­ходимо предусматривать меры, предот­вращающие возможность разложения их в процессе переработки: например, уве­личение сечения литников, диаметра ци­линдра и т.д.

В зависимости от физического состоя­ния, технологических свойств и других факторов все способы переработки пласт­масс в детали подразделяют на следующие основные группы: переработка в вязкотекучем состоянии (прессованием, литьем под давлением, выдавливанием); перера­ботка в высокоэластичном состоянии (пневмо- и вакуум-формовкой, штампов­кой); получение деталей из жидких пласт­масс различными способами формообра­зования; переработка в твердом состоя­нии разделительной штамповкой и обра­боткой резанием; получение неразъемных соединений сваркой, склеиванием; раз­личные способы переработки (спекание, напыление и др.).

4.2. Способы формообразования деталей в вязкотекучем состоянии


Большинство пластмасс перерабатывают в детали в вязкотекучем состоянии спосо­бами прессования, литья, выдавливания.


Прямое (компрессионное) прессова­ние - один из основных способов перера­ботки реактопластов в детали. В полость матрицы пресс-формы 3 (рис. 13, а) за­гружают предварительно таблетизирован-ный или порошкообразный материал 2. При замыкании пресс-формы под дейст­вием силы пресса пуансон 1 создает дав­ление на прессуемый материал (рис. 13, б). Под действием этого давления и теплоты от нагретой пресс-формы материал раз­мягчается и заполняет формообразующую полость пресс-формы. После определен­ной выдержки, необходимой для отвер­ждения материала, пресс-форма раскрыва­ется и с помощью выталкивателя 5 из нее извлекается готовая деталь 4 (рис. 13, в).


Рис. 8.13. Схемы прямого прессования

Процесс отверждения сопровождается выделением летучих составляющих ком­позиционного материала и паров влаги. Для удаления газов в процессе прессова­ния выполняют так называемую под-прессовку, заключающуюся в переключе­нии гидропресса после определенной вы­держки на обратный ход, в подъеме пуан­сона на 5 - 10 мм и выдержке его в таком положении в течение 2 - 3 с. После этого пресс-форма снова смыкается. При прес­совании крупных толстостенных деталей из материалов с повышенной влажностью подпрессовку проводят дважды.

Температура и давление прессования зависят от вида перерабатываемого мате­риала, формы и размеров изготовляемой детали. Время выдержки под прессом за­висит от скорости отверждения и толщи­ны прессуемой детали. Для большинства реактопластов время выдержки выбирают из расчета 0,5 - 2 мин на 1 мм толщины стенки. Технологическое время может быть сокращено вследствие предвари­тельного подогрева материала в специаль­ных шкафах. Давление зависит от текуче­сти пресс-материала, скорости отвержде­ния, толщины прессуемых деталей и дру­гих факторов.


Нагрев пресс-формы осуществляют обычно электронагревателем. Рабочую температуру в процессе прессования под­держивают постоянной с помощью авто­матически действующих приборов. Для загрузки в полость пресс-формы опреде­ленного количества пресс-материала ис­пользуют объемную дозировку или дози­ровку по массе. Применяют также по­штучную дозировку (загружают опреде­ленное число таблеток). Прессуют на гид­равлических прессах. При выпуске боль­шого числа деталей используют прессы, работающие по автоматическому циклу.

Прямым прессованием получают дета­ли средней сложности и небольших раз­меров из термореактивных композицион­ных материалов с порошкообразным и волокнистым наполнителями.

Литьевое прессование отличается от прямого тем, что прессуемый материал загружают не в полость формы, а в специ­альную загрузочную камеру 2 (рис. 14). Под действием теплоты от пресс-формы прессуемый материал переходит в вязко-текучее состояние и под давлением со стороны пуансона 1 выжимается из загру­зочной камеры 2 в полости матрицы пресс-формы через специальное отверстие в литниковой плите 3. После отверждения материала пресс-форму разъединяют и готовые детали 4 извлекают из матрицы 5.

Литьевое прессование позволяет полу­чать детали сложной формы, с глубокими отверстиями, в том числе резьбовыми. Возможна установка сложной и тонкой арматуры. В процессе протекания через литниковое отверстие пресс-материал прогревается одинаково, что обеспечивает более равномерную структуру прессуемой детали. При литьевом прессовании отпа­дает необходимость в подпрессовках, так как образующиеся газы могут выходить в зазор между литниковой плитой и матрицей.

Недостатком литьевого прессования является повышенный расход пресс-материала, так как в загрузочной камере и литниковых каналах остается часть от-вержденного и неиспользуемого в даль­нейшем пресс-материала. Кроме того, пресс-формы для литьевого прессования сложнее по конструкции и дороже пресс-форм для прямого прессования.

Д
ля прессования деталей применяют одно- и многогнездные пресс-формы. Многогнездные пресс-формы используют для получения деталей простой формы и небольших размеров.